国产ARM+FPGA架构在“能源电力”中的典型应用详解

能源电力作为国民经济发展的“先导产业”和“基础行业”,面对当今复杂多变的国际形势,国内能源电力企业为追求更高的自主可控,正不断寻求各种经过行业验证的国产方案。

而单 ARM 架构已很难应对能源电力多通道 / 高速 AD 数据采集、处理、存储和显示的应用场景。目前,ARM + FPGA 异构多核框架已成为能源电力行业的经典架构,可轻松面对广泛的应用场景。

能源电力中“典型应用”举例

国产 ARM + FPGA 平台与架构,在如下能源电力应用场景中被广泛应用:

 

国产 AD + FPGA + ARM 方案,国产化率 100%

为满足能源电力行业的“国产化”需求,创龙科技推出了国内首发全国产 ARM + FPGA 平台方案(SOM-TLT3F 工业核心板),并适配国产多通道并口 AD,处理器、ROM、RAM、电源、晶振、连接器等均采用国产工业级方案,国产化率 100%。

此全国产平台基于全志 T3 ARM + 紫光同创 Logos FPGA 设计,适配的国产多通道并口 AD 为核芯互联的 CL1606、CL1616。

 

图 1 SOM-TLT3F 工业核心板正反面
图 2 TLT3F-EVM 工业评估板资源框图
 

Tronlong CL1606 是一款 16 位、8 通道同步采样 AD 芯片,并行采样率高达 200KSPS,而 CL1616 是一款 16 位、16 通道双路同步采样 AD 芯片,并行采样率高达 500KSPS。

图 3 CL1616 芯片
 

紫光同创 Logos PGL25G/PGL50G FPGA 在工业领域应用广泛,逻辑资源分别为 27072/51360,与国外友商产品 pin to pin 兼容,主要用于多通道 / 高速 AD 采集或接口拓展。因其价格低、质量稳定、开发环境易用等优点,受到工业用户的广泛好评。尤其是开发环境,最快 3 天可完成从国外友商产品到紫光同创产品的切换。

全志 T3 为准车规级芯片,四核 ARM Cortex-A7 架构,主频高达 1.2GHz,支持双路网口、八路 UART、SATA 大容量存储接口,同时支持 4 路显示、GPU 以及 1080P H.264 视频硬件编解码。另外,创龙科技已在 T3 平台适配国产嵌入式系统翼辉 SylixOS,真正实现软硬件国产化。

 

图 4 方案系统框图

 

FPGA 高达 64 路 AD 同步采样

在电力线路测量和保护系统中,需要对多相输配电网络的大量电流和电压通道进行同步采样,核芯互联 CL1606/CL1616 是目前电力系统中最常用的国产 ADC 采样芯片之一。

SOM-TLT3F 工业核心板的 FPGA 端引出的 IO 资源共 97 个。CL1616 并行模式采集需要的 IO 资源:数据线 16 个,控制线 6 个,合计 22 个。4 片 CL1616 则需要 IO 资源共 88 个。因此,SOM-TLT3F 的 FPGA 端最高可实现高达 64 路 AD 同步采样。

图 5 CL1616 AD 模块

 

55MB/s 的 FPGA 与 ARM 数据高速传输

全志 T3 + 紫光同创 Logos 平台有多种高速通信方式,让 ARM 与 FPGA 轻松互连。

● Dual SPI 总线,双向通信,实测写速率达 11.6MB/s、读速率达 17.8MB/s。● CSI 总线,单向通信,实测读速率达 55.1MB/s。● SDIO 总线,双向通信,实测写速率达 5.1MB/s、读速率达 5.4MB/s。

Qt 波形流畅显示,1TB 大容量存储

紫光同创 Logos FPGA 将采集到的 AD 数据,通过核心板内部互联的高速接口传送至 T3 ARM。T3 ARM 运行 Qt 程序,并将读取到的 AD 数据进行波形显示。

并且,T3 支持 3Gbps 速率 SATA 接口,可适配 1T 或以上大容量存储,方便数据长期保存。